一种具有心率呼吸检测的婴儿床垫及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种具有心率呼吸检测的婴儿床垫，床垫本体上设有一体结构且连通设置的真空层和凹型空气槽，声表面波传感器通过信号传输天线模块与阅读器之间进行信号传递；压电基底设于凹型空气槽的下侧且其顶面与凹形空气槽的底部相触碰，输入叉指换能器和输出叉指换能器分别对称地分布于压电基底的两端且分别设于凹形空气槽的左右两侧。本发明专利技术可实现无源无线实时检测，在检测过程中采用非接触式测量，对采集到的数据通过信号处理可以实时快速准确的检测到婴儿的心率和呼吸状况数据，避免了高强度的检测电磁波及漏电等不确定因素对婴儿的伤害。

A Kind of Infant Mattress with Heart Rate and Respiration Detection and Its Control Method

【技术实现步骤摘要】
一种具有心率呼吸检测的婴儿床垫及其控制方法
本专利技术涉及健康状态数据采集装置领域，特别涉及到一种具有心率呼吸检测的婴儿床垫及其控制方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，现代科技逐渐融入人们的日常生活，利用一些简单方便的科学装置对人体的心率和呼吸状况实时监测是非常重要的，特别是婴幼儿的各个器官都处于快速发育阶段，心率和呼吸对婴儿的身体健康有至关重要的作用，同时心率和呼吸也是婴幼儿身体发育最重要的生理参数，就目前对于心率和呼吸检测的方式有以下几种情况。1.通过目前市面上很多穿戴式电子产品对心率和呼吸进行检测，然而这些穿戴式的检测设备均是与婴幼儿身体有直接或者间接的接触，而且这些穿戴式设备自身比较繁重或复杂，对于刚出生的婴幼儿穿戴不太方便和安全；2.采用红外序列图像对人体全方位扫描分析其心率和呼吸，这种方法采用非接触式测量；3.采用雷达式非接触测量系统，通过辐射源发射电磁辐射并接收从身体反射回来的信号，对信号进行采样分析得到心率和呼吸数据，但是方式2和方式3都是非接触式测量，但是产生的电磁波等辐射对于新生婴儿身体有很大的伤害。现有技术中，中国专利公开号CN101822542A公开了一种胸腹呼吸检测器,将压电陶瓷片束缚在胸部，被测对象呼吸时胸腔体积发生变化，进而造成压电陶瓷片表面压力变化，压电陶瓷片将压力信号转换为电信号，并通过导线输出。该方法虽然轻便灵活了许多，但固定带有较强的束缚感,传输线也会影响到被测对象的活动；并且需要供电，容易引入高压危险。中国专利CN106175695A公开了一种睡眠呼吸暂停综合征的检测系统，所述检测系统是利用指端信号采集装置采集指端血管中的表示血液容积变化的光电信号，并将上述光电信号转化为光电容积脉搏波数据，并将所述光电容积脉搏波数据实时无线传输到所述信号转换模块；信号转换模块接收指端信号采集装置输出的光电容积脉搏波数据，通过滤波处理和计算，获得血氧饱和度数据、心率变异性数据和脉率数据，并将数据传输到数据处理模块；数据处理模块基于光电容积脉搏波数据等输出睡眠状态数据以及呼吸事件数据，然而这种测量方式也是需要电源供电，在采集过程中采集装置需要和人体进行直接接触，对婴儿的健康也会产生一些影响，且整个测量过程相对比较繁琐，在复杂的信息转换过程中会对测量结果产生了一定的误差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种具有心率呼吸检测的婴儿床垫及其控制方法，以解决上述问题。本专利技术所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：一种具有心率呼吸检测的婴儿床垫，包括床垫本体、声表面波传感器、信号传输天线模块和阅读器，所述床垫本体的内部设有真空层，所述真空层的底部向下凹陷形成凹型空气槽，凹型空气槽底部的口径小于其顶部的口径；所述声表面波传感器设于床垫本体内，声表面波传感器包括压电基底、输入叉指换能器和输出叉指换能器，压电基底设于凹型空气槽的下侧且其顶面与凹形空气槽的底部相触碰，输入叉指换能器和输出叉指换能器分别对称地分布于压电基底的两端且分别设于凹形空气槽的左右两侧；声表面波传感器与信号传输天线模块电连接，信号传输天线模块用于声表面波传感器与阅读器之间进行信号传递。进一步的，所述信号传输天线模块包括信号接收天线和信号发射天线，信号接收天线和信号发射天线分别与输入叉指换能器和输出叉指换能器相连，信号接收天线用于接收阅读器发射的激励信号，信号发射天线用于将输出叉指换能器输出的信号传输至阅读器。进一步的，所述凹型空气槽为条状结构，凹型空气槽沿床垫本体的宽度方向开设，压电基底沿床垫本体的长度方向设置，若干声表面波传感器以阵列形式沿床垫本体的宽度方向依次设于凹型空气槽的下方。进一步的，所述真空层的厚度为2～5cm。进一步的，所述压电基底为铌酸锂基片，压电基底的厚度为0.1mm，宽度为0.5mm，长度为25mm；输入叉指换能器和输出叉指换能器的叉指均为20μm。进一步的，所述声表面波传感器为延迟线型贴片式声表面波传感器。进一步的，所述真空层设于床垫本体中且设于床垫本体的中间位置，床垫本体内还设有基座，所述基座设于真空层的下方，声表面波传感器通过基座固定于真空层的下侧。一种具有心率呼吸检测的婴儿床垫的控制方法：将婴儿放至床垫本体上后，阅读器向输入叉指换能器发出激励信号，声表面波传感器接收到外界的问询信号后将该信号转化为声表面波信号并在压电基底表面进行传输，声表面波信号与婴儿的心跳和呼吸产生的压力信号进行叠加后由输出叉指换能器将该信号转化为电磁波信号通过信号发射天线传输到阅读器中，此时声表面波传感器检测到的信号为婴儿自身压力产生的信号，将此时的信号作为最初的参考信号；待婴儿处于静息状态时，婴儿的心跳和呼吸产生的微小压力促使真空层内气压发生变化，凹型空气槽内产生的气压变化即为心跳和呼吸传导的微小压力，从而引起声表面波信号发生改变，声表面波信号与心跳和呼吸产生的压力信号进行叠加后由输出叉指换能器将该信号转化为电磁波信号通过信号发射天线传输到阅读器中，阅读器将收集到的信号接入滤波电路去噪，去噪后的信号接入单片机进行判断，判断是否为有效的心率呼吸信号，如果该信号为有效信号，则将该信号进行两路处理，一路进行形态滤波和测量峰峰值信号处理，最终得到心率数据；另一路进行低通滤波两次得到呼吸的频率数据，然后将测量到的心率数据和呼吸数据反馈到控制终端，最后根据婴儿的心率和呼吸数据对应婴儿的身体状况进行相应的评估和对婴儿箱进行相应的控制。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：(1)本装置为非接触式测量装置，采用的声表面波传感器可实现心跳呼吸压力信号与电信号的转化，无需供电即可实现，通过真空层将检测装置与婴儿隔离开使得检测装置无需与被检测对象直接接触，避免了漏电等危险因素，安全系数高，也不会出现断电导致数据未记录的情况。(2)本装置采用带天线的声表面波器件作为检测传感器，只需外界的阅读器给予一定的问询激励信号就可以工作，无需向其提供电源，即为无源无线。(3)本装置采用延迟线型的声表面波传感器，声表面波传感器输出的信号进行形态滤波、自相关运算、测量峰峰值和低通滤波等信号处理，最终得到心率和呼吸数据，最后根据婴儿的心率和呼吸数据对应婴儿的身体状况进行相应的评估和对婴儿箱进行相应的控制；本装置采用的传感器对于心率和呼吸所引起的压力变化检测灵敏度高，并且采用了真空层进行微小压力传导，便于从反馈信息中提取出检测者的心率和呼吸状况信息。(4)本专利技术在信号检测方面根据呼吸和心跳的频率和振动提出了一种呼吸和心跳同时检测的方法(正常情况下呼吸频率大约为心跳频率的四分之一，呼吸产生的振动通常比心跳产生的振动大)。信号处理模块将声表面波传感器采集到心率呼吸信号分成两路，并进行卡尔曼滤波的信号处理就可以到去躁的心率呼吸信号：一路采用形态滤波、自相关运算、峰峰间期提取就可以获得心率信息；另外一路对去躁后的心率呼吸信号进行低通滤波处理获取到呼吸信息。(5)本装置在有效测量范围内具有良好的线性度，且在常温条件下工作时，具有稳定度高、功耗小等特点。整体体积小、成本低且操作方便简单，便于使用。附图说明图1为本专利技术所述的具有心率呼吸检测的婴儿床垫的结构示意图。图2为本专利技术所述的具有心率呼吸检测的婴儿床垫的局部剖面图。图3为本专利技术所述的声表面波传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有心率呼吸检测的婴儿床垫，其特征在于：包括床垫本体、声表面波传感器、信号传输天线模块和阅读器，所述床垫本体的内部设有真空层，所述真空层的底部向下凹陷形成凹型空气槽，凹型空气槽底部的口径小于其顶部的口径；所述声表面波传感器设于床垫本体内，声表面波传感器包括压电基底、输入叉指换能器和输出叉指换能器，压电基底设于凹型空气槽的下侧且其顶面与凹形空气槽的底部相触碰，输入叉指换能器和输出叉指换能器分别对称地分布于压电基底的两端且分别设于凹形空气槽的左右两侧；声表面波传感器与信号传输天线模块电连接，信号传输天线模块用于声表面波传感器与阅读器之间进行信号传递。

【技术特征摘要】
1.一种具有心率呼吸检测的婴儿床垫，其特征在于：包括床垫本体、声表面波传感器、信号传输天线模块和阅读器，所述床垫本体的内部设有真空层，所述真空层的底部向下凹陷形成凹型空气槽，凹型空气槽底部的口径小于其顶部的口径；所述声表面波传感器设于床垫本体内，声表面波传感器包括压电基底、输入叉指换能器和输出叉指换能器，压电基底设于凹型空气槽的下侧且其顶面与凹形空气槽的底部相触碰，输入叉指换能器和输出叉指换能器分别对称地分布于压电基底的两端且分别设于凹形空气槽的左右两侧；声表面波传感器与信号传输天线模块电连接，信号传输天线模块用于声表面波传感器与阅读器之间进行信号传递。2.根据权利要求1所述的具有心率呼吸检测的婴儿床垫，其特征在于：所述信号传输天线模块包括信号接收天线和信号发射天线，信号接收天线和信号发射天线分别与输入叉指换能器和输出叉指换能器相连，信号接收天线用于接收阅读器发射的激励信号，信号发射天线用于将输出叉指换能器输出的信号传输至阅读器。3.根据权利要求1所述的具有心率呼吸检测的婴儿床垫，其特征在于：所述凹型空气槽为条状结构，凹型空气槽沿床垫本体的宽度方向开设，压电基底沿床垫本体的长度方向设置，若干声表面波传感器以阵列形式沿床垫本体的宽度方向依次设于凹型空气槽的下方。4.根据权利要求1所述的具有心率呼吸检测的婴儿床垫，其特征在于：所述真空层的厚度为2～5cm。5.根据权利要求1所述的具有心率呼吸检测的婴儿床垫，其特征在于：所述压电基底为铌酸锂基片，压电基底的厚度为0.1mm，宽度为0.5mm，长度为25mm；输入叉指换能器和输出叉指换能器的叉指均为20μm。6.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李媛媛，杨刚，曹乐，江蓓，许浩源，沈祥翼，杨健，马连杰，武国飞，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31